本发明专利技术公开一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，属于火星直升机单旋翼气动特性测试领域，包括力矩测量模块和推力测量模块，在力矩测试模块中，电机转子转动带动旋翼转动产生扭矩，同时电机定子产生与上述扭矩大小相等、方向相反的扭矩，该扭距通过下方阶梯轴传递到扭矩传感器；在推力测试模块中，旋翼转动产生的推力通过电机、轴承、支撑筒、力传感器上板传递到三个力传感器上，解决了现有的气动特性测试装置难以应对火星直升机旋翼在悬停时的小推力、低扭矩而产生过大的误差以及精度过低的问题。精度过低的问题。精度过低的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置
[0001]本专利技术涉及火星直升机单旋翼气动特性测试
，具体的是一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置。
技术介绍
[0002]火星大气稀薄，密度不到地球的1％，但这稀薄的大气为火星直升机的存在提供了可能。人类探索火星的方式有很多种，使用最多就是火星车，但是，如果火星车与火星直升机配合探索火星，那么就可以获得更好的效果，火星直升机可以探索更加广阔的区域，可以指导火星车的前进方向以避开障碍。火星上具有低雷诺数、高马赫数的特点，这对火星无人机的设计提出了巨大的挑战。
[0003]现有公开中专利号为“CN207133000U”的方案其解决的问题为，测得螺旋桨
‑
电机的扭矩和拉力等信息，以方便研究螺旋桨
‑
电机系统的动力特性，并保证螺旋桨
‑
电机筛选匹配工作的进行，使用的环境是地球大气，不能满足火星直升机整体的气动性能测试，对火星直升机旋翼来讲，扭矩与推力测试误差大、精度低，且不能准确测试出火星直升机在电动带动螺旋桨旋转时机身的受力情况，难以满足对火星直升机旋翼进行气动性能测试。
技术实现思路
[0004]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，解决了现有地面气动特性测试装置误差大、精度低的缺点，提供了一种精度高、误差小并且能分别对旋翼向上、向下两种情况下产生的推力进行测试的拉力转矩解耦式单旋翼火星直升机气动特性测试装置及其扭矩及推力的测试方法
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术所述拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，包括桨叶、桨夹、桨夹
‑
电机连接法兰、电机、套筒、轴承、阶梯轴、扭矩传感器上端夹紧环、扭矩传感器、扭矩传感器下端夹紧环、支撑筒、支撑筒安装板、拉力传感器、安装底板、底座；
[0007]桨叶固连在桨夹上，绕旋转中心旋转进而产生推力与力矩；
[0008]扭矩传感器测量桨叶旋转时产生的扭矩；
[0009]拉力传感器测量桨叶旋转时产生的推力。
[0010]本专利技术所述拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置的扭矩测试方法，扭矩测试方法的具体过程为：
[0011]步骤1、电机转子带动旋翼高速旋转，产生顺时针扭矩，并在电机定子上产生逆时针的反扭距；
[0012]步骤2、步骤1产生的扭矩依次通过阶梯轴、扭矩传感器上端夹紧环，在扭矩传感器上轴产生微小的旋转；
[0013]步骤3、扭矩传感器上轴与下轴间产生夹角变化；
[0014]步骤4、步骤3中产生的夹角变化引起扭矩传感器中的应变片形变；
[0015]步骤5、步骤4中的应变片形变引起应变片的电阻变化，从而通过产生的模拟量测得扭矩值；
[0016]本专利技术能够解决现有的旋翼气动测试装置只针对地球旋翼设计，对火星直升机旋翼启动测试来讲误差大精度低、且只能测试一个方向的推力的问题，将本专利技术所述的一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置安装于大型真空罐内的低气压模拟火星环境下，在旋翼旋转时，扭矩传感器可以对旋翼正转、反转产生的两个相反方向的转矩进行测量，拉力传感器可以对旋翼产生的两个方向的推力分别进行测量，气动特性测试装置可以对旋翼的翼型结构、叶片结构、叶片平面形状等重要指标进行评估，具有较高的适用范围和灵活性。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术通过在支撑筒与扭矩传感器之间安装推力球轴承以保证扭矩测量的准确性，通过推力球轴承抵消大部分重力，解决了现有的气动特性测试装置难以应对火星直升机旋翼在悬停时的小推力、低扭矩而产生过大的误差以及精度过低的问题。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0020]图1是本专利技术整体结构示意图；
[0021]图2是本专利技术电机到旋翼部分安装位置示意图；
[0022]图3是本专利技术扭矩传感器及周围零件剖视示意图；
[0023]图4是本专利技术上扭矩传感器上端夹紧环、扭矩传感器、扭矩传感器下端夹紧环安装位置示意图；
[0024]图5是本专利技术拉力传感器安装位置示意图；
[0025]附图标记如下：
[0026]1‑
桨叶、2
‑
桨夹、3
‑
桨夹
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电机连接法兰、4
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电机、5
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套筒、6
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轴承、7
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阶梯轴、8
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扭矩传感器上端夹紧环、9
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扭矩传感器、10
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扭矩传感器下端夹紧环、11
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支撑筒、12
‑
支撑筒安装板、13
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拉力传感器、14
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安装底板、15
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底座。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例一：如图1
‑
5所示，一种测试装置,包括桨夹2和电机4，其特征在于：所述桨夹2通过桨夹
‑
电机连接法兰3安装在电机4上，电机4固定安装在阶梯轴7上端，阶梯轴7下端固定安装有扭矩传感器9，扭矩传感器9下端固定安装有拉力传感器13；
[0029]在测试过程中，当电机4旋转通过桨夹
‑
电机连接法兰3带动桨夹2旋转，桨夹2两侧均安装有桨叶1，桨叶1通过螺栓进行固定；通过如此设计，可以快速更换叶片，针对多种旋
翼指标要求，对单旋翼系统的高雷诺数翼型、低雷诺数翼型结构、叶片数量、几何形状进行评估，方便快捷；
[0030]桨叶1转动时，电机4转子转动带动桨叶1转动产生扭矩，同时电机4定子产生与上述扭矩大小相等、方向相反的扭矩，该扭距通过下方阶梯轴7传递到扭矩传感器9；桨叶1转动产生的推力通过电机4、轴承6、支撑筒11、力传感器上板传递到三个拉力传感器13上，通过对比多个拉力传感器13测试数值的差别确定桨叶1转动时直升机机身的受拉力的情况和稳定性。通过固定连接可以保证旋翼在旋转时产生的扭矩与推力完全传递到扭矩传感器9与拉力传感器13上。
[0031]在一些公开中，所述阶梯轴7上端通过凸台定位，通过螺钉与电机4连接，下端通过凸台定位，通过螺钉与扭矩传感器上端夹紧环8相连；如此设计可以通过阶梯轴7保证扭矩传感器8与电机主轴的同轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置,包括桨夹(2)和电机(4)，其特征在于：所述桨夹(2)通过桨夹
‑
电机连接法兰(3)安装在电机(4)上，电机(4)固定安装在阶梯轴(7)上端，阶梯轴(7)下端固定安装有扭矩传感器(9)，扭矩传感器(9)下端固定安装有拉力传感器(13)。2.根据权利要求1所述的一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于，所述阶梯轴(7)上端通过凸台定位，通过螺钉与电机(4)连接，下端通过凸台定位，通过螺钉与扭矩传感器上端夹紧环(8)相连。3.根据权利要求1所述的一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于，所述扭矩传感器(9)上下端轴分别安装有扭矩传感器上端夹紧环(8)和扭矩传感器下端夹紧环(10)，扭矩传感器上端夹紧环(8)和扭矩传感器下端夹紧环(10)分别通过螺栓和阶梯轴(7)和拉力传感器(13)连接，所述扭矩传感器上端夹紧环(8)和扭矩传感器下端夹紧环(10)通过螺栓使侧面的缝隙夹紧进行紧固。4.根据权利要求1所述的一种拉力转矩解耦式单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于，所述阶梯轴(7)外侧设有套筒(5)，套筒(5)安装在支撑筒(11)上。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：全齐全，王凯艺，唐德威，朱凯杰，邓宗全，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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